中國(guó)“牛人”東蘇勃：“捕捉”比5700億個(gè)太陽還亮的“超新星”

王玉琴

近日，一條“天文學(xué)家觀測(cè)到有史以來最強(qiáng)超新星爆發(fā)”的新聞，震撼世界天文圈。這顆名為ASASSN-15lh的天體，距離地球38億光年，最高光度超過5700億個(gè)太陽，亮度相當(dāng)于整個(gè)銀河系千億顆恒星總光度的20倍，這是迄今為止人類記錄到的最強(qiáng)“超新星”。它由34歲的中國(guó)人東蘇勃最早發(fā)現(xiàn)，2016年1月15日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志刊登了這一研究，東蘇勃是論文第一作者。他到底是一個(gè)什么樣的“天文奇才”？

從小就是“超級(jí)天文迷”

80后東蘇勃，出生在河北石家莊市一個(gè)知識(shí)分子家庭。也許是因聽多了“嫦娥奔月”、“女媧補(bǔ)天”和西游記之類的神話，小時(shí)候他就對(duì)“天上到底有什么”充滿好奇。后來隨著年齡增長(zhǎng)，他漸漸對(duì)天文和物理學(xué)方面的知識(shí)產(chǎn)生了濃厚興趣。別的孩子課余喜歡讀武俠、奇幻、愛情類的書，他平時(shí)最愛看的卻是《十萬個(gè)為什么》、《神秘的宇宙》等，別人認(rèn)為很枯燥難懂的科技類“磚頭塊”，他看的津津有味，這讓不少女孩覺得他是個(gè)“傻乎乎的小書呆子”，在同學(xué)中，他顯得十分“另類”。

令東蘇勃興奮的是，父母十分支持他的興趣愛好，還幫他買了不少天文方面的書和音像制品。東蘇勃真正讓小伙伴們刮目相看，是他在石家莊市一中學(xué)習(xí)時(shí)，竟獲物理競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng)！這個(gè)平時(shí)不太愛講話又品學(xué)兼優(yōu)的“怪才”，這才引起大家的關(guān)注。有女生向他請(qǐng)教什么是天體“黑洞”，還好奇地問為什么它是黑的？東蘇勃解釋說，黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。假如太陽質(zhì)量不變，大小卻變成乒乓球那樣，這就是太陽坍縮成了黑洞。它的質(zhì)量極其巨大，而體積卻十分微小，它產(chǎn)生的引力場(chǎng)極為強(qiáng)勁，以至于任何物質(zhì)和輻射在進(jìn)入到黑洞的一個(gè)臨界點(diǎn)內(nèi)，便再無法逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的電磁波，也逃逸不出。

接著東蘇勃又笑著講，說“黑洞”是黑的，其實(shí)這是個(gè)誤解。因?yàn)樗鼪]有向外界發(fā)射信號(hào)，連光都無法逃出，故無法觀測(cè)黑洞內(nèi)部。但科學(xué)家從物體被黑洞吸入之前放出的紫外線、X射線等邊緣信息，可以獲取黑洞的存在，在吸入的過程中會(huì)釋放出能量發(fā)光發(fā)熱。所以，科學(xué)研究證明，“黑洞”不僅不黑，還是最明亮的天體呢！雖然這些天文知識(shí)在同學(xué)們聽來有些深?yuàn)W，但大家卻覺得很有趣。

后來，東蘇勃也漸漸成了不少女孩崇拜的偶像。在學(xué)校，無論他打籃球、踢足球，場(chǎng)下總有大批“美女拉拉隊(duì)員”吶喊助威。業(yè)余時(shí)間他喜歡玩航模，不少小伙伴也跟著“鼓搗”，而且常常玩的不亦樂乎。

最有趣的是，學(xué)校當(dāng)時(shí)有36個(gè)社團(tuán)，東蘇勃所在的“天文興趣小組”最初是最小的，后來成員越來越多。2004年以后，校方只好又增添了天文廳、天象儀，還設(shè)了專門的教室供學(xué)生舉辦天文活動(dòng)、學(xué)習(xí)天文知識(shí)。

退休前在河北師范大學(xué)天文系工作的楊大衛(wèi)教授，當(dāng)年曾任中國(guó)天文學(xué)會(huì)第九屆教育委員會(huì)副主任一職，早在東蘇勃上中學(xué)時(shí)，他就因物理學(xué)和天文學(xué)與其結(jié)緣。楊教授說，東蘇勃愛鉆研，具有極強(qiáng)的自學(xué)和思考能力。兩人更多的接觸，是在小東參加奧林匹克物理競(jìng)賽以后。

當(dāng)時(shí)競(jìng)賽內(nèi)容有一部分是天文知識(shí)，幾乎每周小東都往楊教授家跑，討論請(qǐng)教這方面的內(nèi)容。最令他吃驚的是，一般人只是對(duì)天象的罕見和美妙感興趣，但小東對(duì)天象的物理原因和本質(zhì)更感興趣。那時(shí)他就可以把天文愛好與所學(xué)的數(shù)學(xué)、物理和英語知識(shí)結(jié)合到一起?！皷|蘇勃在學(xué)習(xí)的深度和廣度上已經(jīng)超過了師范大學(xué)的研究生，那會(huì)兒東蘇勃才上高二?！睏罱淌谡f。

看到孩子如此癡迷天文學(xué)，東蘇勃的父母非常擔(dān)心這會(huì)影響他的學(xué)習(xí)，“你只顧瘋玩，萬一考不上大學(xué)怎么辦？”媽媽問。不料東蘇勃卻嘻嘻哈哈地說，“懂得勞逸結(jié)合，學(xué)習(xí)效率才高嘛！”

東蘇勃立志要考南京大學(xué)天文系，可當(dāng)時(shí)該校并不在河北省招生。楊教授便向南京大學(xué)天文系的教授們推薦了東蘇勃。2000年8月，南京大學(xué)天文學(xué)院的老師對(duì)東蘇勃面試后，非常吃驚，當(dāng)即表示必須要錄取這個(gè)孩子。

發(fā)現(xiàn)比5700億個(gè)太陽還亮的“超新星”

其實(shí)東蘇勃的高考分?jǐn)?shù)很高，成績(jī)?cè)诎嗬锩星懊?。按說完全可以考慮清華、北大，父母希望他報(bào)考工程學(xué)等熱門專業(yè)，但因?yàn)橄矚g天文學(xué)，東蘇勃最終選擇了南京大學(xué)天文系。好玩的是，東蘇勃所在的這個(gè)班非?！芭！?，當(dāng)時(shí)有7名學(xué)生被清華、北大錄取，其中一位是河北省理科狀元。

更有意思的是，在東蘇勃上大學(xué)后，年年考試都是第一名，成績(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出第二名。之后連續(xù)四年，南京大學(xué)天文系堅(jiān)持來石家莊一中招生。

東蘇勃本科畢業(yè)后，以全額獎(jiǎng)學(xué)金就讀于美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)，并一直讀到博士。其研究方向是，太陽系外行星、微引力透鏡、動(dòng)力學(xué)、超新星及時(shí)域天文學(xué)。之后，他又在愛因斯坦曾經(jīng)工作過的美國(guó)普林斯頓高等研究所做博士后。

2014年，32歲的東蘇勃入選中組部“千人計(jì)劃（青年項(xiàng)目）”，來到北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所擔(dān)任研究員，博士生導(dǎo)師。

這年年底，應(yīng)美國(guó)方面邀請(qǐng)，東蘇勃正式加入“ASAS-SN”（全天自動(dòng)超新星搜索），這是一個(gè)由美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)牽頭的國(guó)際合作項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2014年5月開始對(duì)整個(gè)夜空進(jìn)行頻繁搜索，旨在搜尋突然變亮的、主要包括超新星的“暫現(xiàn)天體”。他們?cè)谙耐暮椭抢饔幸粋€(gè)臺(tái)址。2015年，世界上明亮超新星60%都是“ASAS-SN”首先發(fā)現(xiàn)的。

令東蘇勃終身難忘的是，2015年6月14日晚，設(shè)在智利安第斯山脈托洛洛山頂上的由兩架14厘米口徑的小望遠(yuǎn)鏡，正在持續(xù)不斷地自動(dòng)對(duì)夜空進(jìn)行拍照，忽然，一顆從未見過的、非常奇怪的天體被鏡頭“捕捉”。它位于印第安座與杜鵑座的邊界處，赤經(jīng)22時(shí)2分15.45秒，赤緯-61度39分34.64秒。

發(fā)現(xiàn)這一情況后，當(dāng)天，東蘇勃與同事將有關(guān)訊息立刻向全球公開。緊接著，中國(guó)、俄羅斯、南非、英國(guó)等很多國(guó)家的諸多大型望遠(yuǎn)鏡，以及美國(guó)NASA的“雨燕”太空望遠(yuǎn)鏡隨即開始后續(xù)觀測(cè)。

在這顆被命名為“ASASSN-15h”的神秘星球發(fā)現(xiàn)一周后，6月21日，東蘇勃在美國(guó)卡內(nèi)基天文臺(tái)的合作者，利用位于智利的2.5米杜邦望遠(yuǎn)鏡拍攝到了它的第一條譜線。令人驚訝的是，其譜線卻遠(yuǎn)異于“ASAS-SN”已發(fā)現(xiàn)的200多顆超新星，這令團(tuán)隊(duì)的天文學(xué)家們起初感到非常驚訝與困惑。

在與同事討論后，東蘇勃突然意識(shí)到ASASSN-15lh可能屬于極亮型超新星。根據(jù)他的推測(cè)，若這顆神秘星球距離我們38億光年遠(yuǎn)，它最突出的譜線特征，與2010年發(fā)現(xiàn)的一顆極亮超新星的光譜極為匹配。

如果這個(gè)推斷是正確的，就應(yīng)該可以在特定波長(zhǎng)上，看到超新星光線穿過宿主星系中氣體產(chǎn)生的吸收譜線。而預(yù)期中的特征吸收譜線波長(zhǎng)較短，需要利用覆蓋足夠藍(lán)端光譜的儀器才能觀測(cè)到。

接下來的幾天，東蘇勃和同事們聯(lián)系到了三架可拍攝藍(lán)端光譜的望遠(yuǎn)鏡，可惜好幾次觀測(cè)都由于天氣原因和儀器故障功虧一簣，這令東蘇勃頗感遺憾。有趣的是，正當(dāng)他懊悔不已甚至有點(diǎn)絕望時(shí)，十天之后，2015年7月1日北京時(shí)間凌晨2點(diǎn)，10米口徑的“南非巨型望遠(yuǎn)鏡”（SALT）成功拍攝到了所需光譜，此前東蘇勃的推斷，竟神話般得到證實(shí)?？梢哉f，這是個(gè)驚天動(dòng)地的新發(fā)現(xiàn)！

“當(dāng)看到南非望遠(yuǎn)鏡拍攝的光譜，并意識(shí)到我們發(fā)現(xiàn)了史上最強(qiáng)的超新星爆發(fā)，我興奮得徹夜難眠?！彼f，后續(xù)的觀測(cè)進(jìn)一步印證了這顆遙遠(yuǎn)天體的特性，與以往發(fā)現(xiàn)的所謂的貧氫極亮型超新星有諸多關(guān)鍵的共同之處。這些劇烈的爆發(fā)產(chǎn)生的拋射物中，探測(cè)不到宇宙中最為豐富的氫元素的跡象。

光譜證實(shí)，這個(gè)天體發(fā)出的藍(lán)光在抵達(dá)地球之前已經(jīng)傳播了28億年了。光譜中還缺乏氫元素的特征，這意味著恒星在爆發(fā)之前已經(jīng)通過星風(fēng)損失了富氫的外包層。

東蘇勃說，這個(gè)天體看上去是超亮超新星的一員，但非常罕見，其光度比“普通”超新星要亮得多，體積更大，溫度更高。

具體點(diǎn)說，“這顆超新星最高光度比太陽強(qiáng)5700億倍——如果這個(gè)數(shù)據(jù)不能讓人感到震撼，那么想想銀河系，這個(gè)亮度相當(dāng)于整個(gè)銀河系千億顆恒星總光度的20倍！”

天文界“牛人”，是個(gè)科幻迷

2016年1月15日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志，全文刊登了中國(guó)科學(xué)家東蘇勃的這一研究，他是論文第一作者。緊接著，一條“天文學(xué)家觀測(cè)到有史以來最強(qiáng)超新星爆發(fā)”的新聞，先后被新華社、中央人民廣播電臺(tái)、BBC、美聯(lián)社等全球知名媒體紛紛報(bào)道，震撼世界天文圈。

“這顆異常明亮的超新星不僅刷新了觀測(cè)記錄，也帶來許多謎團(tuán)。它的許多獨(dú)特之處尚待研究?！睎|蘇勃說，“哈勃望遠(yuǎn)鏡將在今年2月份觀測(cè)ASASSN-15lh。我們將利用哈勃無與倫比的分辨率精確定出該超新星在星系中的位置，可為研究其爆發(fā)的環(huán)境和機(jī)制提供重要線索?！?/p>

東蘇勃認(rèn)為，隨著超新星逐漸變暗，后續(xù)觀測(cè)將可以更好的研究宿主星系，這對(duì)理解貧氫極亮型超新星的爆發(fā)環(huán)境有重要意義。

其實(shí)截至目前，人類已經(jīng)記錄了上萬顆超新星爆發(fā)，其中最常見的類別就是Ia型。而在2000多年前，中國(guó)的天文學(xué)家就在《后漢書》中，記載了人類史上最早觀測(cè)到的一次超新星爆發(fā)。而東蘇勃發(fā)現(xiàn)的這顆超新星更是震驚了天文學(xué)界——其爆發(fā)強(qiáng)度超過了Ia型超新星約200倍，這是迄今為止人類記錄到的最強(qiáng)“超新星”！

媒體評(píng)論說，東蘇勃取得如此豐碩的科研成就，不僅為國(guó)爭(zhēng)光，在天文學(xué)史上更具有里程碑式的意義。超新星作為多種恒星生命的最后歸宿，可用于檢驗(yàn)當(dāng)前的恒星演化理論。它的發(fā)現(xiàn)有望為天文學(xué)家揭開極亮型超新星的爆發(fā)之謎提供重要線索。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，也是我國(guó)科學(xué)家在時(shí)域天文學(xué)領(lǐng)域取得的一項(xiàng)碩果。

說起東蘇勃的這次科學(xué)發(fā)現(xiàn)，楊大衛(wèi)教授講，有兩點(diǎn)意義非常重大?！坝腥苏f超新星這么亮，發(fā)現(xiàn)還有難度嗎？其實(shí)它離我們太遠(yuǎn)了，看起來太暗，所以發(fā)現(xiàn)它極為困難。至于它為什么這么亮，已經(jīng)超出了當(dāng)代恒星物理現(xiàn)有的解釋機(jī)制，將導(dǎo)致新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)。其二，現(xiàn)今測(cè)量宇宙膨脹的快慢，有一類指示器。通過這顆目前發(fā)現(xiàn)的最亮的、同時(shí)也是最遠(yuǎn)的超新星，我們可以用它來確定宇宙膨脹的性質(zhì)。這兩點(diǎn)都有待于科學(xué)家們不斷深入研究?！?/p>

有趣的是，東蘇勃和許多科幻迷一樣，也非常愛看科幻類電影和小說。他接觸的第一部科幻小說是法國(guó)作家儒勒·凡爾納的《地心游記》。那是一個(gè)炎熱的夏日黃昏，東蘇勃在家里看這本書被父親發(fā)現(xiàn)，“他把書一把拿走又還給了我，并告訴我說這叫科學(xué)幻想小說。我當(dāng)時(shí)問父親，這里邊都是幻想出來的？父親說，是幻想出來的，但都有科學(xué)分析。這句簡(jiǎn)單的回答，確立我整個(gè)科幻的理念，并持續(xù)到現(xiàn)在。”

2015年，劉慈欣的科幻小說《三體》，獲得被稱為科幻文學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)的雨果獎(jiǎng)，其實(shí)東蘇勃對(duì)它非常喜歡而且閱讀多遍。他說，《三體》系列中對(duì)計(jì)算機(jī)、物理學(xué)等方面提出了令人心潮澎湃的大膽幻想，其中的很多科學(xué)假想是有著非常強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)的。很多人為其中諸如核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)、太空電梯、太陽帆等各種炫酷的太空技術(shù)著迷。這些技術(shù)離實(shí)現(xiàn)到底還有多遠(yuǎn)？

比如，太空電梯是《三體》小說中的關(guān)鍵技術(shù)之一，讓人類進(jìn)入天空的成本大大降低。東蘇勃說，劉慈欣在小說中描述的太空電梯很真實(shí)，不是虛擬出來的，就像是一個(gè)海上鉆井平臺(tái)。而在現(xiàn)實(shí)中，美國(guó)正鼓勵(lì)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)太空電梯；在太空電梯使用的纜繩材料方面，清華大學(xué)一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制作出一個(gè)2.3米長(zhǎng)的碳納米管，非常了不起。

那么應(yīng)該如何建造太空電梯呢？東蘇勃認(rèn)為，要確保太空電梯相對(duì)地面不發(fā)生漂移，只能一端建在赤道上，另一端連接同步軌道衛(wèi)星。由于細(xì)長(zhǎng)物體的抗壓能力遠(yuǎn)小于抗拉能力，為了防止太空電梯的纜繩被自重壓垮，他說：“太空電梯并不是從赤道一直建造到離地球三萬六千公里（同步軌道衛(wèi)星軌道高度）的宇宙空間就完事了，而是在那個(gè)點(diǎn)要再往徑向延伸，讓一個(gè)重錘拉著它，保持碳納米管電梯的纜繩始終是繃直的狀態(tài)。”

好萊塢曾拍過一部名為《宇宙探險(xiǎn)隊(duì)》的科幻大片，片中的情節(jié)描述，在海洋星球上，一個(gè)小時(shí)等于地球7年。男女主角出門花了幾小時(shí)執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，回到太空艙小伙伴老了好多歲。男主獲救了，經(jīng)過一百多年后仍處于中青年時(shí)期，女兒卻已經(jīng)垂死。有人向東蘇勃請(qǐng)教，“理論上有這種可能嗎？”他說，時(shí)間和空間是一體的，理論上空間越大，速度越快，則時(shí)間越短。不過那種一個(gè)小時(shí)等于地球7年，這個(gè)設(shè)置似乎有點(diǎn)夸張；“不過，時(shí)間畸變是愛因斯坦相對(duì)論的效應(yīng)，理論上離黑洞越近，時(shí)間越慢。比如哥哥弟弟，20歲時(shí)哥哥去太空了，而弟弟留在地球上，等哥哥回來也許還是年輕人，但地球上的弟弟卻已經(jīng)老了。這倒是真的！”

如今，看到科幻迷和天文愛好者越來越多，東蘇勃非常高興，他希望大家關(guān)注地球外的家園，共同探索神秘外太空的科學(xué)奧秘。

名詞解釋：

什么是“超新星”？

超新星（恒星演化過程中的一個(gè)階段）爆發(fā)是某些恒星在演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸度極其明亮，過程中所突發(fā)的電磁輻射經(jīng)常能夠照亮其所在的整個(gè)星系，并可持續(xù)幾周至幾個(gè)月（一般最多是兩個(gè)月）才會(huì)逐漸衰減變?yōu)椴豢梢姟Ｔ谶@段期間內(nèi)一顆超新星所輻射的能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相媲美。恒星通過爆炸會(huì)將其大部分甚至幾乎所有物質(zhì)以可高至十分之一光速的速度向外拋散，并向周圍的星際物質(zhì)輻射激波。這種激波會(huì)導(dǎo)致形成一個(gè)膨脹的氣體和塵埃構(gòu)成的殼狀結(jié)構(gòu)，這被稱作超新星遺跡。

2016年1月，中國(guó)科學(xué)家觀測(cè)到最強(qiáng)超新星，系太陽亮度5700億倍。